JP2012232387A - Device and method for driving main shaft unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主軸を保持する主軸ユニットを所定方向に移動させる際の駆動を制御する主軸ユニット駆動装置、及び主軸ユニット駆動方法に関する。 The present invention relates to a spindle unit driving device that controls driving when a spindle unit that holds a spindle is moved in a predetermined direction, and a spindle unit driving method.
従来、主軸を回転させてワークを加工する工作機械がある(例えば、特許文献1参照)。
この工作機械では、工具に設けられたトルクセンサーにより工具に加わる加工トルクを検出する。また、外部から入力されたトルク目標値と、検出された加工トルクとの偏差を求め、この偏差に基づいて、送り修正量を算出する。
Conventionally, there is a machine tool that processes a workpiece by rotating a spindle (see, for example, Patent Document 1).
In this machine tool, a processing torque applied to the tool is detected by a torque sensor provided in the tool. Further, a deviation between the torque target value input from the outside and the detected machining torque is obtained, and a feed correction amount is calculated based on this deviation.
ところで、上記特許文献1に記載の工作機械では、主軸に加わるトルクを検出するためのトルクセンサーがあり、このトルクセンサーにより検出されるトルクに基づいて主軸の駆動を制御することで、主軸に取り付けられた工具の破損を回避することができる。しかし、主軸を保持する主軸ユニットに対するトルクを検出するものではなく、主軸ユニットを保護することができない。
ここで、従来の工作機械を用いて穴あけ加工を実施した際の、主軸ユニットをワークに対して移動させるユニット駆動部に係るトルクの変動を図5に示す。図5において、(A)は、主軸ユニットに係る負荷が所定の制限値を超えず、通常通り穴あけ加工が完了した際のトルクの変動を示す図である。一方、(B)は、穴あけ加工時に、主軸ユニットに係る負荷が増大した場合のトルクの変動を示す図である。
By the way, in the machine tool described in
Here, the fluctuation | variation of the torque which concerns on the unit drive part which moves a spindle unit with respect to a workpiece | work at the time of drilling using the conventional machine tool is shown in FIG. In FIG. 5, (A) is a figure which shows the fluctuation | variation of the torque when the load which concerns on a spindle unit does not exceed a predetermined | prescribed limit value, but drilling is completed as usual. On the other hand, (B) is a figure which shows the fluctuation | variation of the torque when the load concerning a spindle unit increases at the time of drilling.
図5に示すように、主軸ユニットを駆動させる際に、主軸ユニットに係る負荷が増大すると、これに応じて主軸ユニットを駆動させるためのユニット駆動部に係るトルクも増大する。そして、主軸ユニットに係る負荷が過負荷をなると、ユニット駆動部に係るトルクも所定のトルク制限値を超え、例え工具が破損していない状態であっても、主軸ユニットが破損してしまうことがある。
一般に、工具が破損した場合と、主軸ユニットが破損した場合とを比較すると、工具が破損した場合は、当該工具を交換するだけでよいが、主軸ユニットが破損した場合、修理に要するコストや時間が大きくなる。したがって、主軸を含む主軸ユニットの破損を効果的に防止できる構成が望まれている。
As shown in FIG. 5, when the spindle unit is driven, if the load on the spindle unit increases, the torque related to the unit drive unit for driving the spindle unit also increases accordingly. If the load on the spindle unit is overloaded, the torque on the unit drive unit also exceeds a predetermined torque limit value, and the spindle unit may be damaged even if the tool is not damaged. is there.
In general, when the tool is damaged and when the spindle unit is damaged, if the tool is damaged, it is only necessary to replace the tool. However, if the spindle unit is damaged, the cost and time required for repair are reduced. Becomes larger. Therefore, a configuration that can effectively prevent damage to the spindle unit including the spindle is desired.
本発明は、主軸を保持する主軸ユニットの破損を防止可能な主軸ユニット駆動装置、及び主軸ユニット駆動方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a spindle unit driving device and a spindle unit driving method capable of preventing the spindle unit holding the spindle from being damaged.
本発明の主軸ユニット駆動装置は、ワークを加工する工具を装着した主軸、及び当該主軸を回転駆動させる主軸駆動部を含む主軸ユニットと、前記主軸ユニットを前記ワークに対して相対的に移動させるユニット移動部と、前記ユニット移動部に加わるトルクを検出するトルク検出部と、前記トルク検出部により検出された検出トルクに基づいて、前記主軸ユニットの前記ワークに対する相対移動速度を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記主軸ユニットの破損を防止するための破損防止用トルク制限値を記憶する記憶手段と、前記検出トルク及び前記破損防止用トルク制限値を比較するトルク比較手段と、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えた場合に、前記ユニット移動部による前記ワークに対する前記主軸ユニットの前記相対移動速度を低減させる速度制御手段と、を備えたことを特徴とする。 A spindle unit driving apparatus according to the present invention includes a spindle unit including a spindle on which a tool for machining a workpiece is mounted, a spindle drive unit that rotationally drives the spindle, and a unit that moves the spindle unit relative to the workpiece. A moving unit; a torque detecting unit that detects torque applied to the unit moving unit; and a control unit that controls a relative moving speed of the spindle unit with respect to the workpiece based on the detected torque detected by the torque detecting unit; And the control section stores storage means for preventing damage to prevent damage to the spindle unit, and torque comparison means for comparing the detected torque and the torque limit value for preventing damage. When the detected torque exceeds the breakage preventing torque limit value, the spindle with respect to the workpiece by the unit moving unit A speed control means for reducing the relative movement speed of the knitting, characterized by comprising a.
本発明では、主軸や主軸駆動部を有する主軸ユニットと、この主軸ユニットをワークに対して相対的に移動させるユニット移動部と、ユニット移動部により主軸ユニットを移動させる際に、ユニット移動部に加わるトルクを検出するトルク検出部と、ユニット移動部の移動を制御する制御部とを備えている。そして、制御部は、トルク検出部により検出された検出トルクと、記憶手段に記憶されている破損防止用トルク制限値とを比較して、検出トルクが破損防止用トルク制限値を超える場合に、主軸ユニットのワークに対する相対移動速度を低減させるように、ユニット移動部を制御する。
このような構成では、トルク検出部では、ユニット移動部に加わるトルクを検出するため、主軸を含む主軸ユニット全体に加わる負荷を検出することができる。したがって、このようなトルク検出部により検出された検出トルクに基づいて、ユニット移動部を制御することで、主軸ユニットの過負荷による破損を効果的に防止できる。
In the present invention, a spindle unit having a spindle and a spindle drive unit, a unit moving unit that moves the spindle unit relative to the workpiece, and a unit moving unit that adds the unit to the unit moving unit when moving the spindle unit. A torque detection unit that detects torque and a control unit that controls movement of the unit moving unit are provided. Then, the control unit compares the detected torque detected by the torque detecting unit with the damage preventing torque limit value stored in the storage means, and when the detected torque exceeds the damage preventing torque limit value, The unit moving unit is controlled so as to reduce the relative moving speed of the spindle unit with respect to the workpiece.
In such a configuration, since the torque detecting unit detects the torque applied to the unit moving unit, it is possible to detect the load applied to the entire main spindle unit including the main shaft. Therefore, by controlling the unit moving unit based on the detected torque detected by such a torque detecting unit, it is possible to effectively prevent damage to the spindle unit due to overload.
本発明に主軸ユニット駆動装置では、前記制御部は、時間を計測する計時手段を備え、前記速度制御手段は、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたタイミングから、所定の破損防止用不感帯時間を経過する間、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたままである場合に、前記破損防止用不感帯時間の経過後に前記相対移動速度を低減させることが好ましい。 In the spindle unit driving apparatus according to the present invention, the control unit includes a time measuring unit that measures time, and the speed control unit performs predetermined damage prevention from a timing at which the detected torque exceeds the damage preventing torque limit value. It is preferable to reduce the relative movement speed after the breakage dead zone time elapses when the detected torque remains exceeding the breakage prevention torque limit value while the dead zone time has passed.
本発明によれば、速度制御手段は、検出トルクが破損防止用トルク制限値を超えて、破損防止用不感帯時間が経過した後に、ユニット移動部を制御して、ワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を低減させる。すなわち、検出トルクが破損防止用トルク制限値を超えた場合でも、不感帯時間が経過する前に、ユニット移動部に加わるトルクが低下する場合がある。このような場合に、ユニット移動部による、ワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を低下させると、加工に要する時間が長くなり、加工作業効率が低下してしまうおそれがある。これに対して、本発明では、速度制御手段は、破損防止用の不感帯時間経過後に、検出トルクが破損防止用トルク制限値を超えたままの状態である場合に、ワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を低下させるため、一時的な負荷上昇による移動速度の低下を回避でき、作業効率の低下を抑制できる。 According to the present invention, the speed control means controls the unit moving portion after the detected torque exceeds the damage prevention torque limit value and the breakage prevention deadband time elapses, so that the relative speed of the spindle unit to the workpiece is increased. Reduce travel speed. That is, even when the detected torque exceeds the torque limit value for preventing damage, the torque applied to the unit moving unit may decrease before the dead zone time elapses. In such a case, if the relative moving speed of the spindle unit with respect to the workpiece is lowered by the unit moving unit, the time required for machining becomes longer, and the machining work efficiency may be lowered. On the other hand, in the present invention, the speed control means is configured such that when the detected torque remains in excess of the damage prevention torque limit value after the dead zone time for preventing damage, the spindle unit relative to the workpiece. Therefore, a decrease in movement speed due to a temporary load increase can be avoided, and a decrease in work efficiency can be suppressed.
本発明の主軸ユニット駆動装置では、前記速度制御手段は、前記相対移動速度を低減させたタイミングから、所定の破損防止用見直し時間が経過するまでの間、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたままである場合に、前記相対移動速度を低減したタイミングから前記破損防止用見直し時間が経過した後に、前記相対移動速度を更に低減させることが好ましい。 In the spindle unit driving apparatus according to the present invention, the speed control means may apply the detected torque to the damage prevention torque limit from when the relative movement speed is reduced until a predetermined breakage prevention review time elapses. In the case where the value still exceeds the value, it is preferable that the relative movement speed is further reduced after the breakage prevention review time elapses from the timing when the relative movement speed is reduced.
本発明では、速度制御手段は、ワークに対する主軸ユニットの相対移動速度を低減させた後も検出トルクを監視し、相対移動速度を低減させたタイミングから破損防止用見直し時間が経過する間も、検出トルクが破損防止用トルク制限値を超える場合に、更に、相対移動速度を低減させる。すなわち、速度制御手段は、検出トルクが破損防止用トルク制限値を下回るまで、相対移動速度を低減させる。これにより、確実にユニット移動部に係るトルクを破損防止用トルク制限値以下に設定することができ、確実に主軸ユニットの破損を防止することができる。 In the present invention, the speed control means monitors the detected torque even after the relative movement speed of the spindle unit with respect to the work is reduced, and detects the damage prevention review time from the timing when the relative movement speed is reduced. When the torque exceeds the torque limit value for preventing damage, the relative movement speed is further reduced. That is, the speed control means reduces the relative movement speed until the detected torque falls below the damage prevention torque limit value. As a result, it is possible to reliably set the torque relating to the unit moving portion to be equal to or less than the torque limit value for preventing damage, and to reliably prevent the spindle unit from being damaged.
本発明の主軸ユニット駆動装置では、前記速度制御手段は、基準となる相対移動速度に対して一定の比率で前記相対移動速度を低減させることが好ましい。
ここで、基準となる相対移動速度としては、例えば予め設定された基準相対移動速度であってもよく、速度変更前の相対移動速度であってもよい。
本発明によれば、速度制御手段は、相対移動速度を一定の比率で低減させる。すなわち、速度制御手段は、検出トルクが破損防止用トルク制限値以上となる場合に相対移動速度を低減させるが、この際、例えば一度に最低速度まで低減させると、加工作業効率性が著しく低下する。これに対して、上述のように、相対移動速度を一定の比率で徐々に低下させることで、主軸ユニットに加わるトルクを最適な大きさに維持して加工作業を継続でき、作業効率の低下を抑制できる。
In the spindle unit driving apparatus of the present invention, it is preferable that the speed control means reduce the relative movement speed at a constant ratio with respect to a reference relative movement speed.
Here, the reference relative movement speed may be, for example, a preset reference relative movement speed, or may be a relative movement speed before the speed change.
According to the present invention, the speed control means reduces the relative movement speed at a constant ratio. That is, the speed control means reduces the relative movement speed when the detected torque is equal to or greater than the torque limit value for preventing breakage. At this time, for example, if the speed is reduced to the minimum speed at once, the work efficiency is significantly reduced. . On the other hand, as described above, by gradually reducing the relative movement speed at a constant ratio, the machining operation can be continued while maintaining the torque applied to the spindle unit at an optimum magnitude, which reduces the work efficiency. Can be suppressed.
本発明の主軸ユニット駆動装置では、前記記憶手段は、前記主軸ユニットの移動を促すための移動促進用トルク制限値を記憶し、前記速度制御手段は、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回る場合に、前記相対移動速度を上昇させることが好ましい。 In the spindle unit driving apparatus of the present invention, the storage means stores a movement promotion torque limit value for urging the movement of the spindle unit, and the speed control means has the detected torque as the movement promotion torque limit value. When it is less than the range, it is preferable to increase the relative movement speed.
本発明では、主軸ユニットのワークに対する相対移動速度が小さく、ユニット移動部に係るトルク(検出トルク)が移動促進用トルク制限値を下回る場合、制御部は、ユニット移動部による主軸ユニットのワークに対する相対移動速度を上昇させる。上記のように、主軸ユニットのワークに対する相対移動速度を低減させると、作業効率性が低下してしまうが、本発明のように、相対移動速度を上昇(復帰)させることで、加工作業効率を向上させることができる。 In the present invention, when the relative movement speed of the spindle unit with respect to the workpiece is small and the torque (detected torque) related to the unit moving unit is lower than the movement promoting torque limit value, the control unit is Increase movement speed. As described above, when the relative movement speed of the spindle unit with respect to the workpiece is reduced, the work efficiency is reduced. However, by increasing (returning) the relative movement speed as in the present invention, the machining work efficiency is improved. Can be improved.
本発明の主軸ユニット駆動装置では、前記制御部は、時間を計測する計時手段を備え、前記速度制御手段は、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回ったタイミングから所定の移動促進用不感帯時間を経過する間、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回ったままである場合に、前記移動促進用不感帯時間の経過後に前記相対移動速度を上昇させることが好ましい。 In the spindle unit driving apparatus according to the present invention, the control unit includes a time measuring unit that measures time, and the speed control unit is configured to perform predetermined movement promotion from a timing when the detected torque falls below the movement promotion torque limit value. When the detected torque remains below the movement promotion torque limit value while the dead zone time elapses, the relative movement speed is preferably increased after the movement promotion dead zone time has elapsed.
本発明によれば、制御部の速度制御手段は、検出トルクが移動促進用トルク制限値を超えて、移動制限用不感帯時間が経過した後に、ユニット移動部を制御して、ワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を上昇させる。
ここで、制御部は、検出トルクが移動促進用トルク制限値を下回る場合に即座にユニット移動部を制御してワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を上昇させてもよい。しかしながら、例えば、検出トルク及び破損防止用トルク制限値の比較に基づいて、ワークに対する主軸ユニットの相対的な速度を低下させた直後などでは、一時的にトルクが低下したものの、時間経過後にトルクが上昇する場合がある。この場合、検出トルクが移動促進用トルクを下回ったタイミングで、ワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を上昇させると、検出トルクが再び破損防止用トルク制限値を超える場合があり、再度速度制御手段による速度低減処理を実施する必要がある。
これに対して、本発明では、上記のように、移動促進用不感帯時間を設けることで、ユニット移動部及び主軸ユニットに係るトルクの変化を確認でき、適切なタイミングでワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を上昇させることができる。
According to the present invention, the speed control means of the control unit controls the unit moving unit after the detected torque exceeds the movement promoting torque limit value and the movement limiting deadband time elapses, and the spindle unit with respect to the workpiece is controlled. Increase relative movement speed.
Here, the control unit may immediately control the unit moving unit to increase the relative moving speed of the spindle unit with respect to the workpiece when the detected torque is lower than the movement promoting torque limit value. However, for example, immediately after the relative speed of the spindle unit with respect to the workpiece is reduced based on the comparison between the detected torque and the torque limit value for preventing breakage, the torque temporarily decreases, but the torque does not increase after the elapse of time. May rise. In this case, if the relative movement speed of the spindle unit with respect to the workpiece is increased at a timing when the detected torque falls below the movement promoting torque, the detected torque may again exceed the damage prevention torque limit value, and speed control is performed again. It is necessary to implement a speed reduction process by means.
On the other hand, in the present invention, by providing the dead zone time for promoting the movement as described above, it is possible to confirm the change in the torque related to the unit moving unit and the spindle unit, and the relative rotation of the spindle unit with respect to the workpiece at an appropriate timing. Speed can be increased.
本発明の主軸ユニット駆動装置では、前記速度制御手段は、基準となる相対移動速度に対して一定の割合で前記相対移動速度を上昇させることが好ましい。
本発明によれば、速度制御手段は、相対移動速度を一定の比率で上昇させる。すなわち、速度制御手段は、検出トルクが移動促進用トルク制限値以下となる場合に相対移動速度を上昇させる。ここで、例えば、破損防止用トルク制限値に基づいて主軸ユニットのワークに対する相対移動速度を低減させた後、検出トルクが移動促進用トルク制限値を下回ったために相対移動速度を元の速度に復帰させた場合、再び検出トルクが破損防止用トルク制限値を上回ることも考えられる。これに対して、主軸ユニットのワークに対する相対移動速度を一定の比率で徐々に上昇させる場合では、速度の上がりすぎによる主軸ユニットへの過負荷を防止でき、主軸ユニットに最適な負荷が係った状態を維持して加工作業を継続できる。
In the spindle unit driving apparatus of the present invention, it is preferable that the speed control means increases the relative movement speed at a constant rate with respect to a reference relative movement speed.
According to the present invention, the speed control means increases the relative movement speed at a constant rate. That is, the speed control means increases the relative movement speed when the detected torque is equal to or less than the movement promotion torque limit value. Here, for example, after reducing the relative movement speed of the spindle unit to the workpiece based on the torque limit value for preventing damage, the relative torque is returned to the original speed because the detected torque is lower than the movement promotion torque limit value. In such a case, it is conceivable that the detected torque again exceeds the torque limit value for preventing damage. On the other hand, when the relative speed of the spindle unit relative to the workpiece is gradually increased at a constant rate, overloading the spindle unit due to excessive speed increase can be prevented, and the optimum load is applied to the spindle unit. Processing can be continued while maintaining the state.
本発明の主軸ユニット駆動方法は、ワークを加工する工具を装着した主軸、及び当該主軸を回転駆動させる主軸駆動部を含む主軸ユニットと、前記主軸ユニットを前記ワークに対して相対的に移動させるユニット移動部と、前記ユニット移動部に加わるトルクを検出するトルク検出部と、を備え、前記トルク検出部により検出された検出トルクに基づいて、前記ユニット移動部における前記主軸ユニットの移動速度を制御する主軸ユニット駆動方法であって、前記主軸ユニットの破損を防止するための破損防止用トルク制限値と前記検出トルクとを比較する比較ステップと、前記比較ステップにおいて、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えた場合に、前記ユニット移動部による前記ワークに対する前記主軸ユニットの相対的な移動速度を低減させる速度制御ステップと、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、上述した発明と同様に、主軸ユニットの負荷増大による破損を効果的に防止できる。
A spindle unit driving method of the present invention includes a spindle unit including a spindle on which a tool for machining a workpiece is mounted, a spindle drive unit that rotationally drives the spindle, and a unit that moves the spindle unit relative to the workpiece. A moving unit; and a torque detecting unit that detects torque applied to the unit moving unit, and controls the moving speed of the spindle unit in the unit moving unit based on the detected torque detected by the torque detecting unit. A spindle unit driving method, wherein a comparison step for comparing a torque limit value for preventing damage for preventing damage to the spindle unit and the detected torque, and in the comparing step, the detected torque is the torque for preventing damage. When the limit value is exceeded, the spindle unit is relative to the workpiece by the unit moving unit. A speed control step for reducing the moving speed, characterized in that it comprises a.
According to the present invention, similarly to the above-described invention, it is possible to effectively prevent breakage due to an increase in the load on the spindle unit.
以下、本発明に係る一実施形態について、図面に基づいて説明する。
[工作機械の構成]
図1は、本発明の第一実施形態の主軸ユニット駆動装置である工作機械の概略構成を示す斜視図である。図2は、第一実施形態の工作機械の概略構成を示すブロック図である。
工作機械100は、交換可能な工具132が装着された主軸131を備える主軸ユニット130を、3軸方向(XYZ方向)に移動させ、ワーク10に対して工具132により各種加工処理を実施する装置である。この工作機械100は、図1に示すように、ベース110と、ベース110に設けられたステージ120と、ベース110に設けられた一対のコラム111と、コラム111に設けられたビーム112と、ビーム112に設けられたスライダ113と、スライダ113に設けられた主軸ユニット130と、主軸ユニット130をワーク10に対して相対移動させるユニット移動部200と、当該工作機械100の駆動を制御する数値制御装置300(図2参照)と、を備えている。
なお、本実施形態では、工作機械100として、ワーク10に対して、主軸ユニット130を3軸方向(XYZ方向)に相対的に移動可能に設けられた門型構造を有する装置を例示するが、ワーク10に対して主軸ユニット130を1方向のみに相対移動させる構成や、2次元方向(2方向)に移動させる構成の装置としてもよい。
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of machine tool]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a machine tool that is a spindle unit driving apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the machine tool according to the first embodiment.
The
In the present embodiment, the
ベース110は、ステージ120やコラム111が設けられる台座であり、ワーク10の加工時に移動されないように固定されている。
一対のコラム111は、ベース110に対して立設されており、これらの一対のコラム111の先端部間に、ビーム112が水平に(Y方向に沿って)架設されている。ビーム112は、Y方向に沿うガイドレール212Yを備え、このガイドレール212Yに、Y方向に沿って移動可能にスライダ113が保持されている。スライダ113は、内部にZ方向に沿うガイドレール(図示略)を備え、このガイドレールに、Z方向に沿って移動可能に主軸ユニット130が保持されている。ステージ120は、ワーク10が載置される部分であり、ベース110にX方向に沿って敷設されたガイドレール212X上に、X方向に沿って移動可能に設けられている。
The
The pair of
主軸ユニット130は、ワーク10を加工するための工具132と、工具132を取付可能な主軸131と、主軸131を、軸心を中心として回転駆動させる主軸駆動モーター133(図2参照)とを備えている。ワーク10を加工する工具132としては、例えば、ワーク10に対して穴あけ加工を実施するドリルや、ワーク10を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌用工具など、主軸の回転によりワーク10を加工可能なあらゆる工具を用いることができる。
The
ユニット移動部200は、X軸移動機構210Xと、Y軸移動機構210Yと、Z軸移動機構210Zとを備えている。
X軸移動機構210Xは、X軸モーター211X(図2参照)を備え、当該X軸モーター211Xの駆動力により、ステージ120をガイドレール212Xに沿って、X方向に移動させる。Y軸移動機構210Yは、Y軸モーター211Y(図2参照)を備え、当該Y軸モーター211Yの駆動力により、スライダ113をガイドレール212Yに沿って、Y方向に沿って移動させる。Z軸移動機構210Zは、Z軸モーター211Z(図2参照)を備え、当該Z軸モーター211Zの駆動力により、スライダ113内に設けられたガイドレールに沿って、主軸ユニット130をZ方向に沿って移動させる。
これらの各軸モーター211(211X,211Y,211Z)は、数値制御装置300から出力される制御信号に基づいて、所定の駆動速度で駆動され、主軸ユニット130がワーク10に対する相対的に移動する。
また、各軸モーター211(211X,211Y,211Z)には、それぞれ本発明のトルク検出部であるトルクセンサー220(X軸トルクセンサー220X、Y軸トルクセンサー220Y、Z軸トルクセンサー220Z)が設けられ、各軸モーター211のモーター軸に係るトルクを検出する。各トルクセンサー220により検出された検出トルクは、数値制御装置300に出力される。つまり、各トルクセンサー220は、数値制御装置300に接続され、トルクセンサー220から出力された検出信号が数値制御装置300に入力される。
The
The
Each of the shaft motors 211 (211X, 211Y, 211Z) is driven at a predetermined drive speed based on a control signal output from the
Each axis motor 211 (211X, 211Y, 211Z) is provided with a torque sensor 220 (
数値制御装置300は、工作機械100における主軸ユニット130の移動量や工具132の回転速度をコンピューターによって数値制御する、いわゆるコンピューター数値制御(CNC:Computerized Numerically Controlled)を実施する。このような数値制御装置300としては、リレー回路を記号化したプログラミング言語(例えば、G言語等)を用いて工作機械100の制御を実施する、いわゆるPLC(programmable logic controller)を採用することができる。なお、数値制御装置300としては、上記のようなPLCに限定されず、例えば汎用パーソナルコンピューター等を用いてもよい。
具体的には、数値制御装置300は、図2に示すように、記憶部310、X軸駆動部320X,Y軸駆動部320Y、Z軸駆動部320Z、主軸駆動部330、及び演算部340を備えている。
The
Specifically, as shown in FIG. 2, the
記憶部310は、工作機械100を制御してワークに対して加工を実施するための加工プログラムや、加工プログラムを実施する際の各種パラメーターが記憶されている。
記憶部310に記憶される各種パラメーターとしては、本発明の破損防止用トルク制限値である第一トルク制限値N1、本発明の移動促進用トルク制限値である第二トルク制限値N2、本発明の破損防止用不感帯時間である第一時間T1、本発明の破損防止用見直し時間である第二時間T2、本発明の移動促進用不感帯時間である第三時間T3、各軸モーター211における基準駆動速度VS、各軸モーター211の速度変動比率m、速度復帰処理のフラグ情報等が挙げられる。ここで、これらの第一トルク制限値N1、第二トルク制限値N2、第一時間T1、第二時間T2、及び第三時間T3は、各軸モーター211に対してそれぞれ個別に設定されている。また、基準駆動速度VS、及び速度変動比率mは、各軸モーター211に対してそれぞれ個別に設定されていてもよく、各軸モーター211において共通としてもよい。さらに、記憶部310に記憶される各種パラメーターとして、主軸駆動モーター133の駆動速度が記憶されていてもよい。
ここで、第一トルク制限値とは、各軸モーター211に係るトルクが当該第一トルク制限値を超える場合に、主軸ユニット130やユニット移動部200が破損する恐れがあるとされる値の上限値である。したがって、当該第一トルク制限値以下の値で各軸モーター211を駆動させることで、主軸ユニット130やユニット移動部200の破損を防止することが可能となる。
また、第二トルク制限値とは、各軸モーター211に係るトルクが小さく、加工処理を迅速に実施するために、より速く各軸モーター211を駆動させることが可能であるとされる値の下限値である。したがって、当該第二トルク制限値以上の値で各軸モーター211を駆動させることで、主軸ユニット130やユニット移動部200の破損を防止しつつ、かつ迅速な加工処理を実施することが可能となる。
また、これらの各種パラメーターは、利用者により適宜設定入力することが可能であり、例えば、工作機械100によりワーク10の加工処理開始時に、変更等することができる。
The
Various parameters stored in the
Here, the first torque limit value is an upper limit of a value that may cause damage to the
Further, the second torque limit value is a lower limit of a value that allows each
These various parameters can be appropriately set and input by the user, and can be changed, for example, when the
各軸駆動部320(320X,320Y,320Z)は、各軸モーター211(211X,211Y,211Z)を所定駆動速度で駆動させるための駆動回路である。各軸駆動部320は、演算部340から入力された速度指令信号に基づいて、各軸モーター211に対する駆動電圧を設定して出力する。これにより、速度指令信号に応じた速度で各軸モーター211が駆動し、主軸ユニット130の送り速度が設定される。
Each axis drive unit 320 (320X, 320Y, 320Z) is a drive circuit for driving each axis motor 211 (211X, 211Y, 211Z) at a predetermined drive speed. Each
主軸駆動部330は、主軸ユニット130を所定駆動速度で駆動させるための駆動回路である。主軸駆動部330は、演算部340から入力された加工指令信号に基づいて、主軸駆動モーター133に対する駆動電圧(パルス信号)を設定して出力する。これにより、主軸ユニット130の主軸駆動モーター133が加工指令信号に基づいた速度で回転し、主軸131及び主軸131に取り付けられた工具132が回転してワーク10の加工が実施される。
The
演算部340は、例えばCPU(Central Processing Unit)等の集積回路や記憶回路により構成され、記憶部310から読み出したプログラムを実行する。これにより、演算部340は、図2に示すように、トルク監視手段341、加工実行手段342、及び計時手段343として機能する。
トルク監視手段341は、本発明のトルク比較手段を構成し、各トルクセンサー220(220X,220Y,220Z)から入力される検出信号から、各軸モーター211に加えられたトルク(検出トルク)を取得する。また、トルク監視手段341は、記憶部310から第一トルク制限値N1、及び第二トルク制限値N2を読み込んで検出トルクNと比較し、検出トルクNと第一トルク制限値N1との大小関係、検出トルクNと第二トルク制限値N2との大小関係を判断する。
The
The torque monitoring means 341 constitutes the torque comparison means of the present invention, and acquires the torque (detected torque) applied to each
加工実行手段342は、記憶部310から加工プログラムを読み出して、ワーク10を加工する加工処理を実施する。具体的には、加工実行手段342は、速度制御手段342A、及び主軸制御手段342Bの機能を有する。
速度制御手段342Aは、各軸モーター211の駆動速度Vを決定して各軸駆動部320に速度指令信号を出力する。これにより、各軸駆動部320は、速度指令信号に基づいて、各軸モーター211に制御信号を出力して駆動させる。
また、速度制御手段342Aは、トルク監視手段341により、検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたと判断された場合に、当該検出トルクNが検出された軸モーター211の駆動速度Vを低減させる処理をする。この時、速度制御手段342Aは、記憶部310から第一時間T1,第二時間T2,基準駆動速度VS,速度変動比率mを読み出す。そして、速度制御手段342Aは、検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたタイミングから第一時間T1が経過するまでの間、検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたままである場合に、軸モーター211の駆動速度Vを、基準駆動速度VSの速度変動比率m分だけ減速させる。また、駆動速度Vを低減させたタイミングで、依然として検出トルクNが第一トルク制限値N1を超える場合、さらに第二時間T2が経過するまでの間検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたままである場合に、軸モーター211の駆動速度Vを、基準駆動速度VSの速度変動比率m分だけ減速させる。以降、速度制御手段342Aは、検出トルクNが第一トルク制限値N1以下となるまで、駆動速度Vを低減させる処理を実施する。
ここで、駆動速度Vが予め設定された最低駆動速度Vmin以下となった場合は、それ以上の駆動速度Vの低減処理を停止してもよく、この場合、工作機械100を緊急停止させる処理をしてもよい。
The
The speed control means 342A determines the drive speed V of each
The speed control means 342A is the torque monitoring means 341, when the detected torque N is determined to exceed the first torque limit value N 1, the driving speed V of the
Here, when the drive speed V becomes equal to or lower than the preset minimum drive speed Vmin , the reduction process of the drive speed V higher than that may be stopped. In this case, the process of emergency stopping the
さらに、速度制御手段342Aは、駆動速度Vが低減された際に、駆動速度Vを元の速度に復帰させるか否かを示す速度復帰処理のフラグ情報を読み出す。ここで、フラグ情報に速度復帰処理を許可する旨のフラグが記憶されている場合、速度制御手段342Aは、速度復帰処理を実施する。具体的には、速度制御手段342Aは、トルク監視手段341により検出トルクNが第二トルク制限値N2を下回ったと判断された場合、当該検出トルクNが検出された軸モーター211の駆動速度Vを上昇させる処理を実施する。この時、速度制御手段342Aは、記憶部310から第三時間T3,基準駆動速度VS,速度変動比率mを読み出し、検出トルクNが第二トルク制限値N2を下回ったタイミングから第三時間T3が経過するまでの間、検出トルクNが第二トルク制限値N2を下回ったままである場合に、軸モーター211の駆動速度Vを、基準駆動速度VSの速度変動比率m分だけ上昇させる。以降、速度制御手段342Aは、検出トルクNが第二トルク制限値N2以上となるまで、駆動速度Vを上昇させる処理を実施する。
Furthermore, when the drive speed V is reduced, the
主軸制御手段342Bは、主軸駆動モーター133の駆動のオン・オフの決定、及び主軸駆動モーター133の回転駆動速度を決定する処理を実施する。すなわち主軸制御手段342Bは、記憶部310から読み出された加工プログラム及び各種パラメーターに基づいて、主軸ユニット130がワーク10上に移動されたタイミングで主軸駆動モーター133を一定の駆動速度で回転駆動させる。また、主軸制御手段342Bは、各トルクセンサー220で検出されたトルクに基づいて、加工が終了したと判断すると、主軸駆動モーター133の駆動を停止させる処理を実施する。
計時手段343は、工作機械100に内蔵された図示略の内蔵タイマーを監視し、検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたタイミングからの経過時間、駆動速度Vを低減させたタイミングからの経過時間、及び検出トルクNが第二トルク制限値N2を下回ったタイミングからの経過時間をカウントする。
The spindle control means 342B performs processing for determining whether to drive the
Time measuring means 343 monitors have been not shown in the internal timer incorporated in the
[工作機械の動作]
次に上述したような工作機械100の動作について、図面に基づいて説明する。
図3は、工作機械100の動作を示すフローチャートである。図4は、本実施形態の工作機械100により、ワーク10に穴あけ加工を実施した際のZ軸モーターに係るトルクの変化、及びZ軸モーターの駆動速度Vの変化を示す図である。
本実施形態の工作機械100は、ワーク10を加工する加工処理を実施する際、数値制御装置300は、図3に示すような手順に従って各種処理を実施する。すなわち、利用者により加工処理を実施する旨の設定が成されると、加工実行手段342は、記憶部310から加工プログラムを読み込んで起動させる。これにより、加工実行手段342は、加工処理における初期設定を実施する(ステップS1)。すなわち、加工実行手段342は、記憶部310から、各軸モーター211の基準駆動速度VSを読み出し、当該各軸モーター211の駆動速度Vとして設定する。また、加工実行手段342は、速度を変動させた回数を示す変化回数カウンターiを初期化し、「i=0」を設定する。さらに、加工実行手段342は、検出トルクNが制限値を超えた場合にカウントする経過時間を示すカウンター値Tを初期化し、「T=0」を設定する。さらには、速度制御手段342Aにより、速度を変動させる際に必要となる各種パラメーターである第一トルク制限値N1,第二トルク制限値N2,第一時間T1,第二時間T2,第三時間T3,速度変動比率m,速度復帰処理を実施するか否かを示すフラグ情報、及び主軸駆動モーター133の駆動速度を読み込む。
[Machine tool operation]
Next, the operation of the
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the
When the
そして、加工実行手段342は、加工プログラムに従って、工作機械100を駆動させる。すなわち、速度制御手段342Aは、設定された駆動速度Vで各軸モーター211を駆動させて、主軸ユニット130をワーク10の加工部位に移動させ、主軸制御手段342Bは、主軸駆動モーター133を駆動させてワーク10に対して加工を実施する。
この時、トルク監視手段341は、各トルクセンサー220から入力された検出トルクから、各軸モーター211に係る検出トルクNを監視する。そして、トルク監視手段341は、検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたか否かを判断する比較ステップを実行する(ステップS2)。
Then, the
At this time, the
このステップS2において、トルク監視手段341により検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたと判断されると、加工実行手段342の速度制御手段342Aは、速度制御ステップを実施する。
この速度制御ステップでは、速度制御手段342Aは、まずカウンター値Tが0であるか否かを判断する(ステップS3)。このステップS3において、カウンター値Tが、「T=0」である場合、計時手段343は、検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたタイミングからの経過時間のカウントを開始する(ステップS4)。
In this step S2, when the detected torque N by the torque monitoring means 341 it is determined to have exceeded the first torque limit value N 1, the
In this speed control step, the speed control means 342A first determines whether or not the counter value T is 0 (step S3). In step S3, the counter value T is, when a "T = 0", the timer means 343 starts to count the time elapsed from the detected torque N exceeds the first torque limit value N 1 timing (step S4).
ステップS4の後、又はステップS3において、カウンター値Tが0ではないと判断された場合、速度制御手段342Aは、駆動速度Vが予め設定された最低駆動速度Vmin以下であるか否かを判断する(ステップS5)。このステップS5において、駆動速度Vが最低駆動速度Vmin以下である場合、ステップS2の処理に戻る。なお、駆動速度Vが最低駆動速度Vmin以下である場合、ユニット移動部200又は主軸ユニット130に異常があると判定し、工作機械100を緊急停止させる処理をしてもよい。
After step S4 or when it is determined in step S3 that the counter value T is not 0, the speed control means 342A determines whether or not the drive speed V is equal to or less than a preset minimum drive speed Vmin. (Step S5). In step S5, when the driving speed V is below the minimum driving speed V min, the process returns to step S2. When the driving speed V is equal to or lower than the minimum driving speed Vmin , it may be determined that there is an abnormality in the
そして、ステップS5において、駆動速度Vが最低駆動速度Vminより大きい場合、速度制御手段342Aは、更に変化回数カウンターiがi≧1であるか否かを判断する(ステップS6)。このステップS6において、変化回数カウンターiがi=0である場合、すなわち、図4に示すタイミングA1に示すように、駆動速度Vが初速として設定された基準駆動速度VSであり、検出トルクNが初めて第一トルク制限値N1を超えた場合では、速度制御手段342Aは、第一時間T1が経過した否かを判断する(ステップS7)。ステップS7において、カウンター値Tが第一時間T1より小さい場合は、ステップS2に戻り、トルク監視手段341によるトルク監視を継続する。
また、ステップS6において、変化回数カウンターiがi≧1である場合、すなわち、図4に示すタイミングA2,A3に示すように、1回以上駆動速度Vが低減された場合では、速度制御手段342Aは、第二時間T2が経過したか否かを判断する(ステップS8)。ステップS8において、カウンター値Tが第二時間T2より小さい場合は、ステップS2に戻り、トルク監視手段341によるトルク監視を継続する。
Then, in step S5, the driving speed V is greater than a minimum driving speed V min, the
In step S6, when the change number counter i is i ≧ 1, that is, when the drive speed V is reduced once or more as shown in the timings A 2 and A 3 shown in FIG. 4, the speed control is performed. It means 342A determines whether or not the second time T 2 has elapsed (step S8). In step S8, the counter value T is the second case h T 2 less than, the flow returns to step S2, and continues the torque monitoring by the torque monitoring means 341.
そして、ステップS7において、カウンター値Tが第一時間T1以上である場合、またはステップS8において、カウンター値Tが第二時間T2以上である場合、速度制御手段342Aは、駆動速度Vを低減させる処理をする(ステップS9)。
この時、速度制御手段342Aは、駆動速度Vを基準駆動速度VSの速度変動比率m分だけ低減させる処理(V=V−VS×m)を実施する。ここで、速度変動比率mとしては、例えば10%等を設定することができる。
この後、加工実行手段342は、変化回数カウンターiを1だけ加算し(ステップS10)、カウンター値Tを初期化して0に設定する(ステップS11)。この後、ステップS2に戻り、トルク監視手段341によるトルク監視を継続する。
Then, in step S7, if the counter value T is first time above T 1, or in step S8, if the counter value T is the second time T 2 or more, the
At this time, the
Thereafter, the machining execution means 342 increments the change count counter i by 1 (step S10), initializes the counter value T, and sets it to 0 (step S11). Thereafter, the process returns to step S2, and the torque monitoring by the torque monitoring means 341 is continued.
そして、ステップS2において、トルク監視手段341により検出トルクNが第一トルク制限値N1以下であると判断された場合、加工実行手段342は、記憶部310から読み出した速度復帰処理のフラグ情報に、速度復帰を許可する旨の情報が記録されているか否か、すなわち、速度復帰が有効であるか否かを判断する(ステップS12)。
ステップS12において、速度復帰を許可しない旨のフラグ情報が記録されている場合、加工実行手段342は、速度復帰処理を実施しない。この場合、加工実行手段342は、処理を継続するか否かの判断を実施する(ステップS21)。そして、例えば利用者により、加工処理を終了する旨の入力が実施された場合は、一連の工作機械100のよる加工処理を終了する。また、ステップS21において、処理を終了しない場合は、ステップS2に戻り、トルク監視手段341によるトルク監視を継続する。
In
In step S12, when flag information indicating that the speed return is not permitted is recorded, the
一方、ステップS12において、速度復帰を許可する旨のフラグ情報が記録されている場合、加工実行手段342は、速度復帰処理を実施する。
この速度復帰処理では、加工実行手段342は、まず、駆動速度Vが基準駆動速度VSより小さいか否かを判断する(ステップS13)。ステップS13において、駆動速度Vが基準駆動速度VS以上である場合は、速度を復帰させる必要がないとして、ステップS21の処理を実施する。
ステップS13において、駆動速度Vが基準駆動速度VSより小さいと判断された場合、トルク監視手段341によるトルク監視により、検出トルクNが第二トルク制限値N2を下回ったか否かを判断する(ステップS14)。
このステップS14において、検出トルクNが第二トルク制限値N2以上である場合、駆動速度Vを上昇させると、検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えて主軸ユニット130が破損する恐れがあるため、駆動速度Vを上昇させない。この場合、ステップS21の処理に移行する。
一方、ステップS14において、トルク監視手段341により検出トルクNが第二トルク制限値N2を下回ると判断された場合、速度制御手段342Aは、まずカウンター値Tが0であるか否かを判断する(ステップS15)。このステップS15において、カウンター値Tが、「T=0」である場合、計時手段343は、検出トルクNが第二トルク制限値N2を下回ったタイミング(図4におけるタイミングA4)からの経過時間のカウントを開始する(ステップS16)。
On the other hand, when flag information indicating that the speed return is permitted is recorded in step S12, the
In this speed return process, the machining execution means 342 first determines whether or not the drive speed V is smaller than the reference drive speed V S (step S13). In step S13, when the drive speed V is equal to or higher than the reference drive speed V S , the process of step S21 is performed on the assumption that there is no need to return the speed.
If it is determined in step S13 that the drive speed V is lower than the reference drive speed V S, it is determined by torque monitoring by the torque monitoring means 341 whether or not the detected torque N is below the second torque limit value N 2 ( Step S14).
Fear In this step S14, if the detected torque N is the second torque limiting value N 2 or more, increasing the driving speed V, the
On the other hand, in step S14, if the detected torque N by the torque monitoring means 341 is determined to be below the second torque limit value N 2, the
ステップS16の後、又はステップS15において、カウンター値Tが0ではないと判断された場合、速度制御手段342Aは、第三時間T3が経過した否かを判断する(ステップS17)。ステップS7において、カウンター値Tが第三時間T3より小さい場合は、ステップS14に戻り、トルク監視手段341によるトルク監視を継続する。
また、ステップS17において、カウンター値Tが第三時間T3以上となった場合、速度制御手段342Aは、駆動速度Vを上昇(復帰)させる処理をする(ステップS18)。この時、速度制御手段342Aは、駆動速度Vを基準駆動速度VSの速度変動比率m分だけ上昇させる処理(V=V+VS×m)を実施する。ここで、速度変動比率mとしては、ステップS9と同様の値を用い、例えば10%等を設定してもよく、別途異なる比率が設定されていてもよい。以上により、速度復帰処理が実施される。
After step S16, or in step S15, if the counter value T is determined not to be 0, the
Further, in step S17, if the counter value T has become the third hour T 3 or more, the
また、このステップS18の後、速度制御手段342Aは、駆動速度Vが基準駆動速度VS以上となったか否かを判断する(ステップS19)。そして、ステップS19において、駆動速度Vが基準駆動速度VS以上となったと判断された場合、速度制御手段342Aは、変化回数カウンターiを初期化し、i=0を設定した後、ステップS21を実施する。ステップS19において、駆動速度Vが基準駆動速度VSより小さいと判断された場合は、そのままステップS21に移行する。
以上により、工作機械100によるワーク10の加工処理、及びトルク制御処理が実施される。
Further, after this step S18, the speed control means 342A determines whether or not the driving speed V is equal to or higher than the reference driving speed V S (step S19). If it is determined in step S19 that the driving speed V is equal to or higher than the reference driving speed V S , the
As described above, the machining process and the torque control process of the
[本実施形態の作用効果]
本実施形態の工作機械100は、上述したように、工具132が装着される主軸131、及び主軸131を回転駆動させる主軸駆動モーター133を備えた主軸ユニット130と、この主軸ユニット130をXYZの各軸方向に移動させるユニット移動部200とを備え、ユニット移動部200における各軸モーター211には、トルクセンサー220が設けられている。そして、工作機械100の駆動を制御する数値制御装置300は、トルク監視手段341と、速度制御手段342Aを有する加工実行手段342を備えている。トルク監視手段341は、各トルクセンサー220において検出される検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたか否かを判断し、速度制御手段342Aは、トルク監視手段341により検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたと判断された場合に、当該検出トルクNが検出された軸モーター211の駆動速度Vを低減させる処理を実施する。このため、主軸ユニット130に係る負荷が限界を超えて破損する前に、軸モーター211の駆動速度Vを低減させて主軸ユニット130に係る負荷を軽減でき、主軸ユニット130の破損を効果的に防止することができる。
[Operational effects of this embodiment]
As described above, the
また、速度制御手段342Aは、検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたタイミングから第一時間T1が経過したタイミングで、駆動速度Vを低減させる。このような不感帯時間を設けることで、作業効率の低下を抑制することができる。例えば一時的に検出トルクNが上昇しただけで、比較的早く検出トルクNが第一トルク制限値N1以下に戻る場合がる。このような場合に対しても、駆動速度Vを低減させると、作業効率が低下してしまう。これに対して、不感帯時間である第一時間T1を設けることで、このような作業効率の低下を抑制できる。
The
さらに、速度制御手段342Aは、駆動速度Vを低減した後、依然として検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えている場合、駆動速度Vを低減したタイミングから第二時間T2が経過したタイミングで、更に駆動速度Vを低減させる。これにより、確実に検出トルクNが第一トルク制限値N1以下となる安定な駆動状態に設定することができ、主軸ユニット130の破損をより確実に防止することができる。
Furthermore, the
また、速度制御手段342Aは、速度制限ステップにおいて、基準駆動速度VSの速度変動比率m分だけ駆動速度Vを低減させる。このため、駆動速度Vの過剰な低下による作業効率の低下を抑制でき、最適な駆動速度Vにより主軸ユニット130をワーク10に対して相対的に移動させて加工作業を効率的に続行させることができる。
Further, the speed control means 342A reduces the driving speed V by the speed fluctuation ratio m of the reference driving speed V S in the speed limiting step. For this reason, it is possible to suppress a decrease in work efficiency due to an excessive decrease in the drive speed V, and to move the
記憶部310には、速度復帰処理のフラグ情報が記憶され、このフラグ情報に速度復帰処理を許可する情報が記録されており、記憶部310により検出トルクNが第二トルク制限値N2よりも下回ったと判断されると、速度制御手段342Aは、駆動速度Vを上昇させて元の速度に近づけるように復帰させる速度復帰処理を実施する。このため、主軸ユニット130に係る負荷が小さい場合には、速度を上昇させることができ、加工作業の効率を向上させることができる。
The
また、速度制御手段342Aは、速度復帰処理において、検出トルクNが第二トルク制限値N2を下回ったタイミングから第二時間T2が経過したタイミングで駆動速度Vを上昇させる。このような不感帯時間を設けることで、速度復帰時に、主軸ユニット130が過負荷となる不都合を回避でき、安定した加工作業を実施することができる。
さらに、速度制御手段342Aは、速度復帰処理時においても、基準駆動速度VSの速度変動比率m分だけ駆動速度Vを上昇させる。これにより、駆動速度Vの過剰な上昇による主軸ユニット130の負荷増大を抑制でき、最適な駆動速度Vにより主軸ユニット130の送り速度を設定して、効率的な加工作業を実施することができる。
The
Further, the speed control means 342A increases the drive speed V by the speed fluctuation ratio m of the reference drive speed V S even during the speed return process. As a result, an increase in the load on the
また、速度制御手段342Aによる駆動速度Vを変動させる際、基準となる速度を基準駆動速度VSとし、基準駆動速度VSの速度変動比率m分ずつ駆動速度Vを変動させる。このように、基準駆動速度VSを基準とすることにより、一定の速度ずつ駆動速度Vを変動させることができ、安定した速度管理を実施することができる。 Further, when the drive speed V by the speed control means 342A is changed, the reference speed is set as the reference drive speed V S, and the drive speed V is changed by the speed change ratio m of the reference drive speed V S. In this way, by using the reference drive speed V S as a reference, the drive speed V can be varied by a constant speed, and stable speed management can be performed.
〔その他の実施の形態〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
[Other Embodiments]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
例えば、上記実施形態において、初速である基準駆動速度VSから駆動速度Vを変動させた回数を変化回数カウンターiとしたが、これに限定されない。例えば検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えた際に、連続して速度を変化させた回数を変化回数カウンターiとしてもよい。この場合、速度制御手段342Aにより速度制限処理が実施された後、ステップS2で検出トルクNが第一トルク制限値N1以下である判断されたタイミングで、変化回数カウンターiを初期化してi=0を設定すればよい。
For example, in the above embodiment, the number of times of varying the driving speed V from the reference driving speed V S is the initial velocity and change frequency counter i, not limited to this. For example, when the detected torque N exceeds the first torque limit value N 1, the number may be a number of changes counter i with varying speed continuously. In this case, after being performed the speed limiting process by the
速度制御手段342Aにより速度を低減させる際に、基準駆動速度VSに対して速度変動比率m分だけ駆動速度Vを低減させるとし、本発明の基準となる相対移動速度を、基準駆動速度VSとしたが、これに限らない。例えば、本発明の基準となる相対移動速度を、速度低減前の駆動速度Vとしてもよい。この場合、ステップS9では、速度制御手段342Aは、「V=V−V×m」として新たな駆動速度Vを設定すればよい。このような場合では、速度を低下させるほど、速度低減幅が小さくなる。したがって、駆動速度Vの過剰な低下がより確実に抑えられ、各軸モーター211に係るトルクを第一トルク制限値N1以下に抑えつつ、作業効率性を維持することができる。
When the speed is reduced by the speed control means 342A, the drive speed V is reduced by the speed fluctuation ratio m with respect to the reference drive speed V S , and the relative movement speed serving as the reference of the present invention is set as the reference drive speed V S. However, it is not limited to this. For example, the relative movement speed that is the reference of the present invention may be the driving speed V before the speed reduction. In this case, in step S9, the speed control means 342A may set a new drive speed V as “V = V−V × m”. In such a case, the speed reduction width becomes smaller as the speed is lowered. Therefore, an excessive decrease of the driving speed V is suppressed more reliably, while suppressing the torque of each
速度制御手段342Aは、変化回数カウンターiに応じて、駆動速度Vを低減させるまでの時間を第一時間T1、および第二時間T2のいずれかに設定したが、変化回数カウンターiに関わらず、常にT=T1となるタイミングで駆動速度Vを低減させる処理を実施してもよい。つまり、T2=T1としてもよい。
さらには、駆動速度Vを変動させるまでの第一時間T1、第二時間T2、第三時間T3を設定したが、不感帯時間や見直し時間が設定されていなくてもよい。つまり、速度制御手段342Aは、検出トルクNが第一トルク制限値N1を超えたタイミングで駆動速度Vを低減させ、検出トルクNが第二トルク制限値N2を下回ったタイミングで駆動速度Vを上昇させる処理をしてもよい。
The speed control means 342A sets the time until the drive speed V is reduced to either the first time T 1 or the second time T 2 according to the change count counter i. It not, always treated to reduce the driving speed V at the timing when the T = T 1 may be implemented. That is, T 2 = T 1 may be set.
Furthermore, although the first time T 1 , the second time T 2 , and the third time T 3 until the drive speed V is changed are set, the dead zone time and the review time may not be set. In other words, the
また、上記実施形態では、主軸ユニット130を3軸方向に移動させる構成としたが、例えば、主軸に係る負荷が最も懸念されるスラスト方向(XY方向)に対して、本発明を適用し、スラスト方向に係るトルクを軽減させる構成としてもよい。
In the above embodiment, the
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。 In addition, the specific structure and procedure for carrying out the present invention can be appropriately changed to other structures and the like within a range in which the object of the present invention can be achieved.
本発明は、主軸を保持する主軸ユニットを所定方向に移動させる際の駆動を制御する主軸ユニット駆動装置や、当該主軸ユニット駆動装置の駆動方法に適用できる。 The present invention can be applied to a spindle unit driving device that controls driving when a spindle unit that holds a spindle is moved in a predetermined direction, and a driving method of the spindle unit driving device.
10…ワーク、100…工作機械(主軸ユニット駆動装置)、130…主軸ユニット、131…主軸、132…工具、133…主軸駆動モーター(主軸駆動部)、200…ユニット移動部、220…トルクセンサー(トルク検出部)、300…数値制御装置(制御部)、310…記憶部(記憶手段)、341…トルク監視手段(トルク比較手段)、342A…速度制御手段、N…検出トルク、N1…第一トルク制限値(破損防止用トルク制限値)、N2…第二トルク制限値(移動促進用トルク制限値)、T1…第一時間(破損防止用不感帯時間)、T2…第二時間(破損防止用見直し時間)、T3…第三時間(移動促進用不感帯時間)。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記主軸ユニットを前記ワークに対して相対的に移動させるユニット移動部と、
前記ユニット移動部に加わるトルクを検出するトルク検出部と、
前記トルク検出部により検出された検出トルクに基づいて、前記主軸ユニットの前記ワークに対する相対移動速度を制御する制御部と、を具備し、
前記制御部は、
前記主軸ユニットの破損を防止するための破損防止用トルク制限値を記憶する記憶手段と、
前記検出トルク及び前記破損防止用トルク制限値を比較するトルク比較手段と、
前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えた場合に、前記ユニット移動部による前記ワークに対する前記主軸ユニットの前記相対移動速度を低減させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。 A main spindle unit including a main spindle on which a tool for machining a workpiece is mounted, and a main spindle driving unit that rotationally drives the main spindle;
A unit moving unit that moves the spindle unit relative to the workpiece;
A torque detector for detecting torque applied to the unit moving unit;
A control unit that controls a relative movement speed of the spindle unit with respect to the workpiece based on the detected torque detected by the torque detection unit;
The controller is
Storage means for storing a torque limit value for preventing breakage for preventing breakage of the spindle unit;
Torque comparison means for comparing the detected torque and the torque limit value for preventing damage;
Speed control means for reducing the relative movement speed of the spindle unit with respect to the workpiece by the unit moving section when the detected torque exceeds the breakage preventing torque limit value;
A spindle unit driving device comprising:
前記制御部は、時間を計測する計時手段を備え、
前記速度制御手段は、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたタイミングから、所定の破損防止用不感帯時間を経過する間、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたままである場合に、前記破損防止用不感帯時間の経過後に前記相対移動速度を低減させる
ことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。 The spindle unit driving apparatus according to claim 1,
The control unit includes time measuring means for measuring time,
The speed control means keeps the detected torque exceeding the breakage prevention torque limit value for a predetermined breakage prevention dead band time from the timing when the detected torque exceeds the breakage prevention torque limit value. In some cases, the spindle unit driving device is characterized in that the relative movement speed is reduced after the dead zone time for preventing breakage has elapsed.
前記速度制御手段は、前記相対移動速度を低減させたタイミングから、所定の破損防止用見直し時間が経過するまでの間、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたままである場合に、前記相対移動速度を低減したタイミングから前記破損防止用見直し時間が経過した後に、前記相対移動速度を更に低減させる
ことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。 In the spindle unit driving device according to claim 2,
The speed control means, when the detected torque remains above the damage prevention torque limit value from the time when the relative movement speed is reduced until a predetermined breakage prevention review time elapses, The spindle unit drive device further reduces the relative movement speed after the breakage prevention review time has elapsed from the timing when the relative movement speed is reduced.
前記速度制御手段は、基準となる相対移動速度に対して、一定の比率で前記相対移動速度を低減させる
ことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。 In the spindle unit drive device according to any one of claims 1 to 3,
The spindle unit driving apparatus, wherein the speed control means reduces the relative movement speed at a constant ratio with respect to a reference relative movement speed.
前記記憶手段は、前記主軸ユニットの移動を促すための移動促進用トルク制限値を記憶し、
前記速度制御手段は、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回る場合に、前記相対移動速度を上昇させる
ことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。 In the spindle unit drive device according to any one of claims 1 to 4,
The storage means stores a movement promoting torque limit value for urging movement of the spindle unit,
The spindle unit driving apparatus, wherein the speed control means increases the relative movement speed when the detected torque is lower than the movement promotion torque limit value.
前記制御部は、時間を計測する計時手段を備え、
前記速度制御手段は、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回ったタイミングから所定の移動促進用不感帯時間を経過する間、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回ったままである場合に、前記移動促進用不感帯時間の経過後に前記相対移動速度を上昇させる
ことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。 In the spindle unit drive device according to claim 5,
The control unit includes time measuring means for measuring time,
The speed control means keeps the detected torque below the movement promotion torque limit value while a predetermined movement promotion dead zone time elapses from the timing when the detected torque falls below the movement promotion torque limit value. In this case, the spindle unit driving apparatus is characterized in that the relative movement speed is increased after the dead zone time for movement promotion has elapsed.
前記速度制御手段は、基準となる相対移動速度に対して一定の比率で前記相対移動速度を上昇させる
ことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。 The spindle unit driving device according to any one of claims 4 to 6,
The spindle unit driving apparatus, wherein the speed control means increases the relative movement speed at a constant ratio with respect to a reference relative movement speed.
前記主軸ユニットの破損を防止するための破損防止用トルク制限値と、前記検出トルクとを比較する比較ステップと、
前記比較ステップにおいて、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えた場合に、前記ユニット移動部による前記ワークに対する前記主軸ユニットの相対的な移動速度を低減させる速度制御ステップと、
を備えたことを特徴とする主軸ユニット駆動方法。 A spindle equipped with a tool for machining a workpiece, a spindle unit including a spindle driving unit that rotationally drives the spindle, a unit moving unit that moves the spindle unit relative to the workpiece, and a unit moving unit. A spindle unit driving method for controlling a moving speed of the spindle unit in the unit moving unit based on the detected torque detected by the torque detecting unit,
A comparison step of comparing the torque limit value for preventing breakage for preventing breakage of the spindle unit and the detected torque;
A speed control step of reducing a relative moving speed of the spindle unit with respect to the workpiece by the unit moving unit when the detected torque exceeds the breakage preventing torque limit value in the comparing step;
A spindle unit driving method characterized by comprising:
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